車載以太網(wǎng)測試之實(shí)錘-AVB測試實(shí)踐

車載以太網(wǎng)其次彈|測試之實(shí)錘——AVB背景介紹2023年11月，AVB任務(wù)組變更為“TSN〔Time-SensitiveNetworking 〕——時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)”任務(wù)組。 TSN在AVB2023年11月，AVB任務(wù)組變更為“TSN〔Time-SensitiveNetworking 〕——時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)”任務(wù)組。 TSN在AVB的根底上進(jìn)一步延長，從專業(yè)音視頻領(lǐng)域擴(kuò)展到工業(yè)自動(dòng)化、移動(dòng)通訊、汽車等領(lǐng)域。因此把握AVB協(xié)議，可為理解TSN協(xié)議打好根底。圖1為TSN對(duì)AVB的繼承和擴(kuò)展。好根底。圖1為TSN對(duì)AVB的繼承和擴(kuò)展。AVB/TSNAVB包括多個(gè)不同的協(xié)議，在具體應(yīng)用時(shí)可依據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)展裁剪和選擇，取決于功能場景的需求及開發(fā)難度〔注：實(shí)現(xiàn)整個(gè) AVB協(xié)議族的開發(fā)難度很大〕。2IEEE802.1為了便于音視頻數(shù)據(jù)的可互操作性，在 AVB核心標(biāo)準(zhǔn)根底上，IEEE定義了1722和1733〔時(shí)間敏感應(yīng)用傳輸協(xié)議〕用于傳輸音視頻數(shù)據(jù)，滿足 Talker和Listener之間實(shí)時(shí)的、高質(zhì)量的音視頻數(shù)據(jù)傳輸要求。為保證 AVB節(jié)點(diǎn)之間的互操作性，IEEE定義了一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議 1722.1，用于滿足1722終端設(shè)備之間的覺察、枚舉、連接治理和掌握。3IEEE1722/1733AVnuAVBAVnu互操作性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車載 AVB設(shè)備以及汽車特定的應(yīng)用場景做如下商定：AVnu互操作性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車載 AVB設(shè)備以及汽車特定的應(yīng)用場景做如下商定：1.網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備啟動(dòng)端口自協(xié)商應(yīng)被制止端口自協(xié)商應(yīng)被制止為了獲取 AVB 設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài)，定義三種車載 AVB 設(shè)備狀態(tài)：Ethernet_Ready、AVB_Sync和AVB_Media_Ready。通過狀態(tài)報(bào)文獵取每種狀態(tài)的信息，其中狀態(tài)報(bào)文必需攜帶進(jìn)入該狀態(tài)的時(shí)間戳為了約束車輛啟動(dòng)時(shí)設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間，定義車載以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的最大啟動(dòng)時(shí)間，以及進(jìn)入三種狀態(tài)的最大時(shí)間要求2.gPTP預(yù)先配置車載網(wǎng)絡(luò)中 GM〔Grandmaster預(yù)先配置車載網(wǎng)絡(luò)中 GM〔Grandmaster〕節(jié)點(diǎn)，無需使用BMCA〔最正確主時(shí)鐘算法〕GM節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)后應(yīng)盡可能快的發(fā)送同步報(bào)文固定的時(shí)鐘生成樹，Bridge節(jié)點(diǎn)的master端口不需要測量路徑對(duì)等延時(shí)定義Bridge節(jié)點(diǎn)對(duì)同步報(bào)文喪失、不連續(xù)、同步恢復(fù)等特別狀況的處理媒體格式削減需要支持的音視頻格式，僅定義AVTP音頻格式削減需要支持的音視頻格式，僅定義AVTP音頻格式〔AAF〕、壓縮視頻格式〔H.264、MJPEG〕、非壓縮視頻格式〔MPEG2-TS〕和時(shí)鐘參考格式〔CRF〕相關(guān)需求流預(yù)留類別靜態(tài)配置全部靜態(tài)配置全部AVB流預(yù)留對(duì)于汽車特定的應(yīng)用，除了支持標(biāo)準(zhǔn)的SRA和SRB類流，衍生出兩個(gè)優(yōu)化的流類，其發(fā)送時(shí)間間隔為：1333.33μs〔64Sample/Frame，48kHz〕和1451.25μs〔64Sample/Frame，44.1kHz〕特別處理和診斷定義需要監(jiān)控并報(bào)告的特別處理：以太網(wǎng)鏈路狀態(tài)大事和數(shù)據(jù)喪失，IEEE定義需要監(jiān)控并報(bào)告的特別處理：以太網(wǎng)鏈路狀態(tài)大事和數(shù)據(jù)喪失，IEEE802.1AS特別處理，以及 IEEE1722媒體流特別處理定義一些主要的診斷大事計(jì)數(shù)，包括以太網(wǎng)接口、以太網(wǎng)橋接、AVB協(xié)議，以及IEEE1722傳輸AVnuAVB為確保AVB為確保AVB設(shè)備之間的互操作性，AVnu聯(lián)盟為汽車行業(yè)制定了車載 AVB部件級(jí)全都性測試打算，用于驗(yàn)證 AVB協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及AVnu車載AVB互操作性標(biāo)準(zhǔn)中定義的特別要求。圖4AVBIEEE標(biāo)準(zhǔn)AutomotivegPTP用于驗(yàn)證IEEE802.1AS-2023 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)于車載 AVB設(shè)備的gPTP協(xié)議全都性測試，主要包括以下內(nèi)容：gPTP參數(shù)和配置測試基于IEEE802.1AS標(biāo)準(zhǔn)定義的gPTP協(xié)議狀態(tài)機(jī)測試gPTP-Bridge特定測試三局部AutomotiveEndStation用于驗(yàn)證IEEEP1722/D16-2023 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)于車載 AVB設(shè)備的AVTP協(xié)議全都性測試，主要包括以下內(nèi)容：AVTP通用需求測試MPEG-TSMPEG-TS和61883-4視頻格式測試AVTP音頻格式測試MJPEG和H.264壓縮視頻格式測試音頻時(shí)鐘參考格式測試流預(yù)留類測試AutomotiveBridgeFQTSSandSRClasses用于驗(yàn)證IEEE用于驗(yàn)證IEEE802.1Qav-2023 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)于車載 AVBBridge的FQTSS協(xié)議全都性測試，主要包括以下內(nèi)容：端口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)測試基于信用的整形算法驗(yàn)證測試Bridge端口優(yōu)先級(jí)重映射測試AVBAVB由于車內(nèi)承受靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，全部AVB由于車內(nèi)承受靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌緼VB流預(yù)留承受靜態(tài)配置，因此 AVnu并未針對(duì)汽車AVB設(shè)備公布SRP協(xié)議全都性測試標(biāo)準(zhǔn)。所以針對(duì)OEM/Tier1自定義需求，需對(duì)根本的配置和協(xié)議參數(shù)進(jìn)展測試驗(yàn)證。通過VN5640硬件與被測對(duì)象相連接，利用CANoe12.0+OptionEthernetAVB數(shù)據(jù)進(jìn)展實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控。CANoe可解析gPTP和AVTP的報(bào)文頭格式，以檢測被測對(duì)象發(fā)送的報(bào)文是否符合需求定義。測試結(jié)果分析測試結(jié)果分析目標(biāo)MAC地址為01:80:C2:00:00:0E，符合802.1AS需求定義目標(biāo)MAC地址為01:80:C2:00:00:0E，符合802.1AS需求定義LogMessageInterval 3，表示Sync和Follow_Up報(bào)文的發(fā)送周期為2-3=125ms，符合此次需求定義PreciseOriginTimestamp 為Sync報(bào)文離開以太網(wǎng)收發(fā)器的時(shí)間戳，可解析為UTC時(shí)間格式顯示5gPTP如圖6所示，選中如圖6所示，選中Trace窗口中的AVTP幀，左側(cè)窗口顯示該報(bào)文數(shù)據(jù)的解析內(nèi)容：目標(biāo)MAC地址為91:E0:F0:00:FE:01，符合MAAP需求定義StreamID為MACID+UniqueID，符合此次需求定義該音頻數(shù)據(jù)的信息為：44.1kHz采樣率，雙聲道，16位深度，每幀采樣樣本為64個(gè)樣本〔AVTP的報(bào)文周期為1,451μs〕6AVTPAVnuAVB節(jié)點(diǎn)的協(xié)議全都性測試以某非GM節(jié)點(diǎn)的gPTP協(xié)議全都性測試舉例說明。測試環(huán)境在一個(gè)gPTPEndStation和BridgeEndStation分為GM節(jié)點(diǎn)和非GM以某非GM節(jié)點(diǎn)的gPTP協(xié)議全都性測試舉例說明。測試環(huán)境EndStation7所示。圖7AVB測試結(jié)果分析測試結(jié)果分析局部測試用例的測試報(bào)告如圖8所示。8EndStation〔GM〕測試報(bào)告對(duì)非GM節(jié)點(diǎn)進(jìn)展測試時(shí)，需要Tester仿真GM節(jié)點(diǎn)發(fā)送同步報(bào)文，同時(shí)還需正確應(yīng)答非GM節(jié)點(diǎn)發(fā)送的懇求報(bào)文。從圖8中可以看到此次測試執(zhí)行中有25條失敗條目，PdelayReqwrongsequenceIDinPdelayResponse、LostandlatePdelayResponseInvalidPdelayResponse等。通過數(shù)據(jù)分析及確認(rèn)覺察，由于此被測節(jié)點(diǎn)的特別處理記錄功能存在未實(shí)現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)有誤的狀況，因此導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的測試項(xiàng)失敗。AVnuAVB節(jié)點(diǎn)級(jí)性能測試和系統(tǒng)級(jí)測試如圖9AVB圖9不同應(yīng)用場景對(duì)時(shí)延的要求對(duì)于系統(tǒng)級(jí)測試，時(shí)間和同步特性同樣是測試的重點(diǎn)，包括系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間、時(shí)間同步、時(shí)間抖動(dòng)和延遲等測試場景，這對(duì)測試通信硬件接口設(shè)備的性能指標(biāo)〔例如被測設(shè)備接入后所產(chǎn)生的額外時(shí)延等〕提出格外高的要求。承受承受TSNTools軟件和TSNBox硬件，實(shí)現(xiàn)AVB數(shù)據(jù)的采集以準(zhǔn)時(shí)延分析等功能。系統(tǒng)級(jí)測試連接示意圖如圖 10能。系統(tǒng)級(jí)測試連接示意圖如圖 10所示。點(diǎn)擊以下圖10可了解如